CN109022806A - 一种利用钒液除杂钒泥制备五氧化二钒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用钒液除杂钒泥制备五氧化二钒的方法,所述方法为:将钒液除杂钒泥与铵盐溶液混合后进行水热反应,反应完成后固液分离,得到含钒浸出液和尾渣;将含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到五氧化二钒产品。本发明利用铵盐溶液配合水热反应对钒液除杂钒泥进行铵化浸出,实现了对钒液除杂钒泥中的钒元素进行了高效浸出,钒浸出率可达90%以上,经后续结晶、煅烧处理后得到纯度>99%的五氧化二钒产品,所得产品附加值高,经济和环境效益显著,具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于钒化工领域,具体涉及一种利用钒液除杂钒泥制备五氧化二钒的方法。
背景技术
钒具有优异的强度、延展性、耐热性,能够显著改善钢的性能,是生产高强钢不可缺少的重要元素,广泛应用于钢铁、化工、航空航天、军工、电子技术、原子能等重要领域,被称为“现代工业的味精”。此外,随着资源、能源及环境压力的逐步增大,钒的应用已渗透到科学技术的各个领域,包括催化剂、电池、储氢材料、发光材料、颜料等。
钒渣钠化焙烧提钒是国内外钒生产所采用的主流提钒工艺,钒渣经过钠化焙烧、浸出、溶液净化、沉钒及煅烧等主要工序制得片状或粉状五氧化二钒。其中,溶液净化工序中产生的沉淀物称为除杂钒泥,除杂钒泥中含有一定量的钒元素和较高含量的硅和磷,直接当做废弃物处理造成了资源浪费,同时增加了环保压力。
耿立唐等提出了一种处理除杂钒泥的方法,将除杂钒泥与提钒二次渣以一定比例混合,然后加入NaOH或者Na2CO3进行钠化焙烧(参见“钒化工流程高效提取钒元素”,耿立唐,李兰杰等,《过程工程学报》,2017,17(4):744-750)。该方法存在的问题是当固态混料不均匀时,除杂钒泥难以和NaOH或者Na2CO3充分接触,造成钒回收率降低;此外,该方法的浸出液中硅、磷含量较高,后续制备钒产品的纯度较低。
我国钒化工行业每年产生约2.5万吨除杂钒泥,具有较高的回收利用价值,因此,开发一种高效回收利用钒液除杂钒泥的方法,对于提高钒化工行业的经济效益和社会效益,有着重要的意义。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种利用钒液除杂钒泥制备五氧化二钒的方法,实现了对钒液除杂钒泥中的钒元素进行了高效浸出,钒浸出率可达90%以上,经后续结晶、煅烧处理后得到纯度>99%的五氧化二钒产品,所得产品附加值高,经济和环境效益显著,具有良好的应用前景。
本发明提供了一种利用钒液除杂钒泥制备五氧化二钒的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将钒液除杂钒泥与铵盐溶液混合后进行水热反应,反应完成后固液分离,得到含钒浸出液和尾渣;
(2)步骤(1)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到五氧化二钒产品。
钒液除杂钒泥中含有较多的硅、磷,常规的提钒方法对其进行浸出时,难以有效除去其中的硅和磷,进而影响了产品的纯度。本发明利用铵盐溶液配合水热反应的方式对钒液除杂钒泥进行浸出,能够有效避免硅、磷进入浸出液中,进而实现了对钒液除杂钒泥中的钒元素的高效浸出,其浸出率可达90%以上,经过后续结晶和煅烧处理后,得到了纯度在99%以上的五氧化二钒产品。
根据本发明,在与铵盐溶液混合前,将步骤(1)所述钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm。
根据本发明,步骤(1)所述铵盐为碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵或硫酸氢铵中的任意一种或至少两种的组合,优选为碳酸氢铵;例如可以是碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵或硫酸氢铵中的任意一种,典型但非限定性的组合为:碳酸铵和碳酸氢铵,硫酸铵和氯化铵,碳酸铵和硫酸氢铵,碳酸铵和氯化铵,氯化铵和硫酸氢铵等,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
根据本发明,步骤(1)所述铵盐溶液的浓度为3-30wt%,例如可以是3wt%、5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%或30wt%,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
根据本发明,步骤(1)所述铵盐溶液和钒液除杂钒泥的液固比为(1-10):1,例如可以是1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
根据本发明,上述液固比的单位为mL/g。
根据本发明,步骤(1)所述水热反应过程中进行搅拌,搅拌速率为50-500r/min,例如可以是50r/min、100r/min、150r/min、200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min或500r/min,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
根据本发明,步骤(1)所述水热反应的温度为40-95℃,例如可以是40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
根据本发明,步骤(1)所述水热反应的时间为0.5-4h,例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h或4h,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
根据本发明,步骤(2)中得到的五氧化二钒产品纯度>99%。
本发明选用本领域的常规方法进行固液分离的操作,例如可以是过滤。抽滤、沉降等,但非仅限如此,应根据实际的制备情况进行调整。
本发明步骤(3)所述“含钒浸出液冷却结晶得到偏钒酸铵”,以及“对偏钒酸铵煅烧制备五氧化二钒”的操作均为本领域的常规方法,本发明对其具体的步骤和条件不做特殊限定,只要能实现将偏钒酸铵制备为五氧化二钒的目的即可。
作为优选的技术方案,所述利用钒液除杂钒泥制备五氧化二钒的方法包括以下步骤:
(1)将钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm;
(2)按照(1-10):1的液固比将步骤(1)得到的钒液除杂钒泥与浓度为3-30wt%的铵盐溶液混合,加热至40-95℃进行水热反应0.5-4h,反应过程中以50-500r/min的速率进行搅拌,反应完成后固液分离,得到含钒浸出液和尾渣;所述铵盐为碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵或硫酸氢铵中的任意一种或至少两种的组合;
(3)步骤(2)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到纯度>99%的五氧化二钒产品。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
(1)本发明利用铵盐溶液配合水热反应对钒液除杂钒泥进行铵化浸出,得到含硅、磷较低的偏钒酸铵溶液,钒浸出率可达90%以上;经过后续结晶和煅烧处理后,得到了纯度在99%以上的五氧化二钒产品。
(2)本发明工艺流程简单,生产成本低,产品附加值高,经济和环境效益显著,具有良好的应用前景。
具体实施方式
为便于理解本发明,本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
(1)将钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm;
(2)按照10:1的液固比将步骤(1)得到的钒液除杂钒泥与浓度为5wt%的硫酸铵溶液混合,加热至80℃进行水热反应2h,反应过程中以500r/min的速率进行搅拌,反应完成后过滤,得到含钒浸出液和尾渣;
(3)步骤(2)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到纯度>99%的五氧化二钒产品。
经过检测,本实施例中钒的回收率为90.21%,五氧化二钒产品的纯度为99.22%。
实施例2
(1)将钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm;
(2)按照5:1的液固比将步骤(1)得到的钒液除杂钒泥与浓度为10wt%的氯化铵溶液混合,加热至90℃进行水热反应0.5h,反应过程中以200r/min的速率进行搅拌,反应完成后过滤,得到含钒浸出液和尾渣;
(3)步骤(2)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到纯度>99%的五氧化二钒产品。
经过检测,本实施例中钒的回收率为91.93%,五氧化二钒产品的纯度为99.08%。
实施例3
(1)将钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm;
(2)按照1:1的液固比将步骤(1)得到的钒液除杂钒泥与浓度为30wt%的碳酸铵溶液混合,加热至60℃进行水热反应4h,反应过程中以50r/min的速率进行搅拌,反应完成后过滤,得到含钒浸出液和尾渣;
(3)步骤(2)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到纯度>99%的五氧化二钒产品。
经过检测,本实施例中钒的回收率为90.67%,五氧化二钒产品的纯度为99.01%。
实施例4
(1)将钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm;
(2)按照4:1的液固比将步骤(1)得到的钒液除杂钒泥与浓度为20wt%的碳酸氢铵溶液混合,加热至40℃进行水热反应4h,反应过程中以300r/min的速率进行搅拌,反应完成后过滤,得到含钒浸出液和尾渣;
(3)步骤(2)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到纯度>99%的五氧化二钒产品。
经过检测,本实施例中钒的回收率为93.19%,五氧化二钒产品的纯度为99.07%。
实施例5
(1)将钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm;
(2)按照6:1的液固比将步骤(1)得到的钒液除杂钒泥与浓度为15wt%的碳酸氢铵溶液混合,加热至70℃进行水热反应2h,反应过程中以400r/min的速率进行搅拌,反应完成后过滤,得到含钒浸出液和尾渣;
(3)步骤(2)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到纯度>99%的五氧化二钒产品。
经过检测,本实施例中钒的回收率为91.56%,五氧化二钒产品的纯度为99.12%。
实施例6
(1)将钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm;
(2)按照7.5:1的液固比将步骤(1)得到的钒液除杂钒泥与浓度为12wt%的硫酸氢铵溶液混合,加热至95℃进行水热反应0.8h,反应过程中以350r/min的速率进行搅拌,反应完成后过滤,得到含钒浸出液和尾渣;
(3)步骤(2)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到纯度>99%的五氧化二钒产品。
经过检测,本实施例中钒的回收率为90.19%,五氧化二钒产品的纯度为99.08%。
实施例7
(1)将钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm;
(2)按照8:1的液固比将步骤(1)得到的钒液除杂钒泥与浓度为25wt%碳铵溶液(碳酸铵和碳酸氢铵的混合溶液,比例任意)混合,加热至85℃进行水热反应2.5h,反应过程中以270r/min的速率进行搅拌,反应完成后过滤,得到含钒浸出液和尾渣;
(3)步骤(2)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到纯度>99%的五氧化二钒产品。
经过检测,本实施例中钒的回收率为91.94%,五氧化二钒产品的纯度为99.23%。
实施例8
(1)将钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm;
(2)按照3:1的液固比将步骤(1)得到的钒液除杂钒泥与浓度为28wt%的碳酸氢铵溶液混合,加热至65℃进行水热反应3h,反应过程中以200r/min的速率进行搅拌,反应完成后过滤,得到含钒浸出液和尾渣;
(3)步骤(2)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到纯度>99%的五氧化二钒产品。
经过检测,本实施例中钒的回收率为91.03%,五氧化二钒产品的纯度为99.18%。
对比例1
与实施例1相比,除了步骤(2)中将浓度为5wt%的硫酸铵溶液替换为浓度为5wt%的氢氧化钠溶液外,其他步骤和条件与实施例1完全相同。
经过检测,本对比例中钒的回收率为85.25%,五氧化二钒产品的纯度为92.46%。
对比例2
与实施例1相比,除了步骤(2)中将钒液除杂钒泥和硫酸铵溶液混合后直接加热80℃进行反应2h外,其他步骤和条件与实施例1完全相同。即利用普通加热的方式代替水热反应。
经过检测,本对比例中钒的回收率为79.90%,五氧化二钒产品的纯度为95.57%。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种利用钒液除杂钒泥制备五氧化二钒的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将钒液除杂钒泥与铵盐溶液混合后进行水热反应,反应完成后固液分离,得到含钒浸出液和尾渣;
(2)步骤(1)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到五氧化二钒产品。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在与铵盐溶液混合前,将步骤(1)所述钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述铵盐为碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵或硫酸氢铵中的任意一种或至少两种的组合。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述铵盐溶液的浓度为3-30wt%。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述铵盐溶液和钒液除杂钒泥的液固比为(1-10):1。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述水热反应过程中进行搅拌,搅拌速率为50-500r/min。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述水热反应的温度为40-95℃。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述水热反应的时间为0.5-4h。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法,其特征在于,步骤(2)中得到的五氧化二钒产品纯度>99%。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将钒液除杂钒泥干燥并破碎至粒度<100μm;
(2)按照(1-10):1的液固比将步骤(1)得到的钒液除杂钒泥与浓度为3-30wt%的铵盐溶液混合,加热至40-95℃进行水热反应0.5-4h,反应过程中以50-500r/min的速率进行搅拌,反应完成后固液分离,得到含钒浸出液和尾渣;所述铵盐为碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵或硫酸氢铵中的任意一种或至少两种的组合;
(3)步骤(2)得到的含钒浸出液冷却结晶后得到偏钒酸铵,所得偏钒酸铵煅烧后得到纯度>99%的五氧化二钒产品。
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